Question

频频发生的雾霾天气向人们发出警告：空气污染已日趋严重，开发使用清洁能源和节能减排势在必行．
（1）汽车尾气中的CO、SO₄（主要为NO、NO₂）已知成为大气的主要污染物，使用稀土等催化剂能将CO、NO₂，、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气的污染．
已知：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+180.5kJ?mol^-1
C（S）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ?mol^-1
CO₂（g）+C（S）=2CO（g）△H=+172.5kJ?mol^-1
则CO、NO催化剂化成N₂和CO₂的热化学方程式为

 

．
（2）为了测定在某种催化剂作用下CO、NO催化转化成N₂和CO₂的反应速率，T₁℃时，在一恒定的密闭容器中，某科研机构用气体传感器测得了不同期间的CO和NO的浓度如表（N₂和CO₂的起始浓度为0）

时间/s	0	10	20	30	40	50
C（CO）/×10-3mol?L-1	10.0	4.5	2.5	1.5	1.00	1.00
C（NO）/×10-2mol/L	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

①前30s内的平均反应速率为V（N₂）=

 

，T₁℃时该反应的平衡常数K=

 

；
②达到平衡后，当其它条件不变时，升高温度对该反应有何影响

 

；
③研究表明：在使用等质量的催化剂时，增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率．根据表中设计的实验测得混合气体中CO百分含量随时间t变化的曲线如图1所示．

实验编号	T/℃	NO的初始浓度（mol?L-1）	CO的初始浓度	催化剂比表面积（m3?g-1）
①	300	1.2×10-4	3.5×10-4	120
②	200	1.2×10-4	3.5×10-4	120
③	200	1.2×10-4	3.5×10-4	85

则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的实验编号依次为

 

（3）CH₄是一种清洁燃料，图中A装置为熔融盐燃料电池工作原理示意图，某课外活动小组用如图2所示装置通过电解进行工业上含有Cr₂O₃^2-的酸性污水处理，利用生成的Fe²⁺与Cr₂O₃^2-在酸性条件下反应，然后在阴极将铁、烙均转化为Fe（OH）₃，Cr（OH）₃沉淀达到净化的目的．
①写出燃料电池负极的电极反应式

 

；
②实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，此时，可向污水中加入适量的

 

A．CuSO₄溶液    B．NaCl溶液   C．NaOH溶液   D．K₂SO₄溶液
③写B装置Al极的电极反应式

 

；
④实验过程中，若在阴极产生了1.12L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH₄的体积

 

L．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,电解原理

专题：

分析：（1）根据方程式的加减得出NO与CO催化转化成N₂和CO₂的化学方程式，焓变相应的加减，从而得出其热化学反应方程式；
（2）①利用三段式可计算出平衡时各物质的浓度，再结合v=

△c

△t

计算速率，根据平衡常数的定义计算平衡常数；
②根据（1）可知，该反应为放热反应，根据温度对平衡移动的影响判断；
③该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，而催化剂能提高反应速率但对平衡移动没有影响据此判断；
（3）①甲烷燃料电池中甲烷是还原剂，在负极发生氧化反应；
②要增强溶液的导电性，同时在两极又不参加电极反应，同时也不能改变溶液的酸碱性；
③在装置中Al与电源负极相连，为电解池的阴极，是溶液中的氢离子放电生成氢气；
④该装置中一个闭合回路，各个电极流过的电量相等，根据电子守恒可计算甲烷的体积．

解答： 解：（1）N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ/mol①
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221.0kJ/mol②
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5kJ/mol ③
方程式③×2-②-①得NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
所以△H=（-393.5kJ/mol）×2-（-221.0kJ/mol）-（+180.5kJ/mol）=-746.5 kJ/mol，
故答案为：2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）△H=-746.5 kJ/mol；
（2）①根据表中的有关数据，在40s时反应达到平衡，利用三段式，
                         2NO （g）+2CO（g）=N₂（g）+2CO₂（g）
起始（×10^-3mol?L^-1）      10.0      36.0      0        0
30s转化（×10^-3mol?L^-1）   8.5       8.5      4.25
30s时（×10^-3mol?L^-1）     1.5       27.5
平衡转化（×10^-3mol?L^-1）   9.00     9.00     
平衡（×10^-3mol?L^-1）       1.00      27.0   4.50      9.00
前30s内的平均反应速率为V（N₂）=

4.25×10 -3mol?L -1

30s

=1.42×10^-4mol?L^-1?s^-1，T₁℃时该反应的平衡常数K=

9.002×4.502

27．02

×103=500，
故答案为：1.42×10^-4mol?L^-1?s^-1；500；
②根据（1）可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，
故答案为：平衡逆向移动；
③根据图1中的曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相比，平衡没有移动，反应速率Ⅱ比Ⅰ快，而曲线Ⅲ和曲线Ⅰ相比，反应速率变快且平衡逆向移动，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，而催化剂能提高反应速率但对平衡移动没有影响，所以曲线Ⅰ对应实验③，曲线Ⅱ对应实验②，曲线Ⅲ对应实验①，
故答案为：③②①；
（3）①甲烷燃料电池中甲烷是还原剂，在负极发生氧化反应，负极反应式为CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂↑+2H₂O，故答案为：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂↑+2H₂O；
②要增强溶液的导电性，同时在两极又不参加电极反应，同时也不能改变溶液的酸碱性，所以此时可以加NaCl溶液和K₂SO₄溶液，故选BD；
③在装置中Al与电源负极相连，为电解池的阴极，是溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H⁺+2e^-=H₂↑，故答案为：2H⁺+2e^-=H₂↑；
④该装置中一个闭合回路，各个电极流过的电量相等，则有关系式CH₄～8e^-～4H₂，所以当阴极产生了1.12L（标准状况）氢气时，熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH₄的体积为1.12L×

1

4

=0.28L，故答案为：0.28．

点评：本题主要考查反应速率的计算、转化率的计算、影响化学反应速率、化学平衡的因素、盖斯定律、原电池、电解池等知识，难度中等，答题时注意化学原理的基础知识的灵活运用．